Minggu II BIOINDIKATOR

Transkripsi

1 Minggu II BIOINDIKATOR Setelah mengikuti tatap muka ini, mahasiswa dapat menjelaskan 1. Batasan, tipe, dan karakteristik bioindikator dan biomarker 2. Efek pencemar pada organisme 3. Kriteria dan potensi penggunaan bioindikator 4. Contoh aplikasi bioindikator Respon yang diinduksi secara antropogenik, yang dikaji melalul parameter biomolekular, biokimiawi atau fisiologis, yang dihubungkan dengan efek biologis pada tinakat organisasi biologis, dan individu ekosistem ResDon biologis terhadap adanya pencemar di Iingkungan pada tingkat individu > penguuran secara biokimiawi, fisiologis, histologis, dan morfologis.

2 Tabel 1.Tipe biondikator / biomarker (A) Biokimiawi Fisiologis Histopatologis Individu Populasi Komunitas Integritas DNA Protein Stress Enzim Antioksidan Hormon Steroid Nekrosis Pertumbuhan Kemelimpahan Richness Fungsi Lesi parasitic Total lipid Distribusi / Indeks imunitas struktur umur Diversitas Trigliserida Karsiinoma Anomali Rasio seks Indeks Pertumbuhan integritas biotic Tabel 2 Karakteristik bioindikator / biomarker (A) Biomarker (exposure) Bioindikator Tipe respon Biomolekular, biokimiawi Individu komunitas Sensitivitas terhadap stressor Tinggi Rendah Hubungan terhadap efek Tinggi Rendah Variabilites respon Tinggi Rendah medium Spesifitas terhadap stressor Medium tinggi Rendah medium Relevansi ekologis Rendah Tinggi Gambar 4 Kondisi fisiologis organisme terhadap adanya pencemar pada tiap zona stres. Indikator dalam zona sties 1 lebih sensitif terhadap pencemar, sedangkan indikator pada zona sties 3 kurang sensitif terhadap pencemar, tetapi mempunyai relevansi ekologis lebih tinggi (A).

3 Tabel 3. Bioindikator dalam tiap zona stres (A) Zona stres 1 Zona stres 2 Zona stres 3 (paling sensitif) (moderately sensitive) (kurang sensitif) Enzim detoksiflkasi Bioenergetik Parameter populasi Kerusakan DNA Sistem imunitas Parameter komunitas Enzim antioksidan Pertumbuhan Perubahan rasio seks Protein stres Parameter reproduksi Perubahan food web Gambar 5. Efek langsung dan tidak langsung pencemar terhadap organisme (A)

4 Gambar 6. Berbagai factor yang mempengaruhi populasi ikan (A) Kriteria pemilihan bioindikator (A) 1. Relevansi - hubungan kausal terhadap endpoints yang signifikan secara ekologis 2. Sensitivitas - responsiveness dosis terhadap stressor/pencemar spesifik 3. Spesifisitas - respon terhadap stressor/pencemar spesifik 4. Broad applicability - over temporal and spatial scales 5. Representativeness - role as surrogate for other responses 6. Variabilitas - variabilitas relatif rendah terhadap adanya gangguan dalam sistem 7. Biaya - reasonable for available resources and scope of study Potensi penggunaan bioindikator (A) 1. Mengindikasikan adanya kontaminan 2. Membantu Identifikasi mekanisme toksisitas 3. memberikan peringatan awal adanya kerusakan iingkungan memberikan indikasi awal adanya perbaikan iingkungan 4. Menunjukkan adanya hubungan antara penyebab (pencemar) dengan efek relevan secara ekologis 5. Dapat digunakan daam ecological risk assessment

5 Komponen utama dalam bioassessment evaluation (A) : Biomarkers Is biological exposure to stressors significant? Bioindicators Is the stressor hazardous to organism & population? Ecological Is the stressor causing significant ecological damage to the ecosystem? Risk Assessment Bivalvia Air Tawar Australia : Aplikasinya dalam Studi Polusi Logam Pendahuluan Bivalvia air tawar mempunyai sejumlah atribut fisiologis, perilaku, life history (sejarah hidup), dan anatomis, yang dapat digunakan sebagai indikator adanya polusi logam yang masuk ke dalam ekosistem akuatik (Tabel 4). lnvestigasi terhadap beberapa spesies bivalvia air tawar Australia, yaitu Velesunio angasi, Velesunlo ambiguus, dan Hyridella depressa, telah menunjukkan bahwa spesies tersebut relevan untuk studi polusi logam, termasuk sebagai indikator dalam monitoring tingkat (level) logam yang bioavailable dalam ekosistem akuatik. Namun, informasi mengenai (1) dasar mekanisme metabolisme logam, (2) waktu paruh logam dalam jaringan tubuh bivalvia, dan (3) variabilitas konsentrasi logam dalam jaringan di antara individu (spesies) bivalvia, akan lebih menunjukkan kemampuan bivalvia sebagai indikator yang efektifdalam monitoring atau studi polusi logam dalam ekosistem akuatik. Hal ini dapat dilakukan dengan mempelajari karakter kinetika logam dalam jaringan melalui model nekanistik dan prediktif. Model Metabolic Analogue Akumulasi Logam oleh Bivalvia Air Tawar Hasil investigasi dengan menggunakan model yang telah diuji dalam skala laboratorium dan investigasi lapangan menunjukkan bahwa 1. beberapa logam diabsorbsi dan medium akuatik oleh bivalvia melalul jalur metabolik yang analog dengan Ca, yaitu melalui kanal Ca. 2. logam tersebut kemudian mengikuti jalur metabolik Ca, dan sebagian besar terdeposit dalam granula kalsium fosfat ekstraseluler, yang kemudian terdispersi secara meluas dalam jaringan bivalvia. 3. laju diferensiasi akumulasi logam dalam seluruh jaringan dipengaruhi oleh laju diferensiasi penurunan logam yang terdeposit dalam granula.

6 4. laju diferensiasi penurunan logam dan seluruh jaringan dikontrol oleh kelarutan logam tersebut sebagai hidrogen fosfat dalam granula ekstraseluler. 5. Tabel 4. Atribut biologis bivalvia air tawar yang relevan dalam studi polusi logam (C, hal Atribut biologis Relevansi terhadap polusi logam Fisiologis Membran mempunyai permeabilitas tinggi terhadap medium akuatik Laju in flux yang tinggi Ca dan logam yang analog dengan Ca ke dalam jaringan, potensial terjadi bioakumulasi Granula kalsium fosfat ekstraseluler terdeposit dalam jaringan Logam yang mengalami bioakumulasi dengan konsentrasi tinggi dalam jaringan, mempunyai waktu paruh biologis yang lama Perilaku Filtrasi air dalam volume yang besar Derajat kontak yang tinggi dengan polutan dalam bentuk medium akuatik Siklus hidup dan anatomi Struktur cangkang berkapur terlaminasi, Rekaman mengenai tingkat logam yang yang bertambah berkaitan dengan bloavailable di lingkungan akuatik dalam panjangnya lama hidup periode panjang Siklus hidup komplek, memerlukan ikan sebagai host species dan pemtahap Probabilitas pemajanan (exposure) lebih besar pada konsentrasi polutan yang siklus hidup pada media lingkungan ditingkatkan, dengan konsekuensi yang berbeda mengganggu siklus hidup

7 Aplikasi dalam Lingkungan Signifikansi Ca dalam air. Keberadaan (konsentrasi) Ca dalam air menentukan laju uptake logam yang bloavailable dibandingkan konsentrasi logam tersebut dalam air. Hal mi ditunjukkan oleh uptake 226 Ra oleh V. angasi, yang mengalami tingkat reduksi sama besar dengan peningkatan konsentrasi Ca dalam air. Namun, adanya Mg dalam air tidak menuniukkan signifikansi reduksi uptake seperti Ca. Peningkatan konsentrasi Mg dalam air mereduksi uptake logam sebesar one tenth dan reduksi oleh Ca. Reduksi efektif uptake logam oleh Ca secara eksperimen juga terjadi dalam uptake logam Pb, Mn, Co, Cd, pada spesies V. ambiguus dan H. depressa, sehingga Ca merupakan variabel yang mengontrol bioavailabilitas logam yang ada di medium akuatik. Implikasi hasil menunjukkan konsistensi terhadap logam (divalen dan trivalen) dan filum air tawar lain. Penggunaan Ca sebagai predictor konsentrasi logam dalam jaringan. Peningkatan Ca dalam jaringan V. angasi dapat menunjukkan peningkatan konsentrasi (Ba dan 226 Ra) dalam jaringan, dengan variabilitas antar individu sebesar 87 - vailabel umur bivaivia (36-65 %) (P 0.05). Konsentrasi Ca dalam jaringan juga menunjukkan konsentrasi logam Mn dan Zn dalam jaringan H. depressa dan dengan variabilitas antar individu sebesar %, dibandingkan variable bivalvia (56-59 %). Namun, variabilitas konsentrasi Mn dan Zn dalam ambiguus tidak signifikan terhadap panjang cangkang (Gambar 7 dan 8).

8 Gambar 7. Regresi konsentrasi Ba dan 226 Ra dalam jaringan dengan umur bivalvia (atas) dan konsentrasi Ca dalam jaringan bivalvia (bawah), untuk V. angasi dan Corndorl dan Mudginberni billabongs in Magela Creek, Northern Territory, Australia (C, hal. 36).

9 Gambar 8. Regresi konsentrasi Zn dan Mn dalam jaringan dengan panjang cangkang bivalvia (atas) dan konsentrasi Ca dalam jañngan bivalvia (bawah), untuk H. depressa dan V. ambiguus, dan the upper Nepean River, New South Wales, Australia (C, hal. 37).